(57)【要約】【課題】装置の高出力化と低コスト化とを両立することが可能な光源装置を提供する。【解決手段】発光部１１と、発光部１１を駆動するための一対の電極１３、１５と、発光部１１の射出端面から射出された光の一部を反射させる外部共振器と、を備える。発光部は、光を発する活性層１４４と、内部共振器と、所定の波長の光を回折させる回折光学層１４５、１４６とを有する。外部共振器は、所定の波長の光を反射させる外部ミラーを有する。活性層１４４から発せられた光をレーザー発振させるレーザー共振器が、内部共振器、外部共振器及び回折光学層により構成される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光部と、
発光部を駆動するための一対の電極と、
前記発光部の射出端面から射出された光の一部を反射させる外部共振器と、
を備え、
前記発光部は、
光を発する活性層と、
内部共振器と、
所定の波長の光を回折させる回折光学層と、
を有し、
前記外部共振器は、
前記所定の波長の光を反射させる外部ミラーを有し、
前記活性層から発せられた光をレーザー発振させるレーザー共振器が、前記内部共振器、前記外部共振器及び前記回折光学層により構成されることを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記回折光学層が、フォトニック結晶、または、フォトニック準結晶、により構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記回折光学層は、前記所定の波長の光の一部が前記外部ミラーの反射面に対して法線方向から入射するように、前記所定の波長の光の一部を回折させることを特徴とする請求項１又は２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記外部ミラーの反射面が前記射出端面と略平行になっており、前記回折光学層が、前記所定の波長の光の一部を前記射出端面に垂直な方向に回折させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項５】
前記回折光学層が、前記所定の波長の光の一部を前記射出端面に平行な方向に回折させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項６】
前記外部ミラーが、体積ホログラフィック回折光学素子により構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項７】
前記外部ミラーが、ファイバ回折光学素子により構成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項８】
前記発光部は、前記一対の電極から供給されるキャリアが移動する領域を、前記活性層の前記射出端面の面方向において制限する、狭窄領域を有することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項９】
前記発光部は、前記射出端面の反対側の面に、放熱部材が設けられていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項１０】
更に、前記発光部と前記外部ミラーとの間の光路に前記発光部から出射される光を偏光分離するワイヤーグリッド偏光素子を有し、
前記ワイヤーグリッド偏光素子が、前記発光部と一体に設けられていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項１１】
前記発光部と前記外部共振器との間の光路に、更に、波長変換素子を備えることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項１２】
前記波長変換素子が、周期的な分極反転構造を有していることを特徴とする請求項１１に記載の光源装置。
【請求項１３】
前記ワイヤーグリッド偏光素子を有する場合に、前記偏光分離されて前記波長変換素子に入射する光の偏光方向が、前記波長変換素子の分極反転軸方向と略平行になっていることを特徴とする請求項１２に記載の光源装置。
【請求項１４】
前記ワイヤーグリッド偏光素子を有する場合に、前記一対の電極の一方が該ワイヤーグリッド偏光素子により構成されていること特徴とする請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか１項に記載の光源装置と、
前記光源装置から射出された光を変調する変調装置と、
前記変調装置により変調された光を表示する表示光学系と、を備えていることを特徴とするプロジェクター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源装置、プロジェクターに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来からプロジェクター等の光学装置の分野では、照明光源として高圧水銀ランプが多用されている。高圧水銀ランプには、高出力な光が得られるという利点があるが、色再現性に制約があること、瞬時点灯・消灯が難しいこと、寿命が短いこと等の課題もある。このような事情により、高圧水銀ランプに代えて半導体レーザー等の固体光源を用いたレーザー光源装置が期待されている。半導体レーザー素子としては、特許文献１、２に開示されているものが挙げられる。
【０００３】
特許文献１の外部共振器型波長可変半導体レーザー装置では、ファブリペロー共振器型半導体レーザー素子（発光部）と、外部反射ミラーとの間に集光レンズが配置されている。発光部から射出された光が集光レンズにより集光されて外部反射ミラーに入射し、外部反射ミラーで反射した光が集光レンズにより平行化されて発光部に入射（帰還）する。発光部と共振ミラーとの間で光が往復して共振し、レーザー発振に至るようになっている。
【０００４】
特許文献２のレーザー光源装置にあっては、半導体基板側から順に、電極、第１リフレクター、量子井戸、及び第２リフレクターが設けられている。基板側が上面になるように設置されており、基板の裏面側には環状の電極が設けられている。電流注入により量子井戸から第１リフレクター側（上面側）に発せられた光は、基板部分のジュール熱で形成された熱レンズにより集光され、焦点位置に設置された外部反射ミラーで反射して折り返される。外部反射ミラーで折り返された光は、再度熱レンズにより集光され、第１リフレクターを通過して量子井戸に戻り、さらに第２リフレクターにより再度折り返される。外部ミラーと第２リフレクターとの間で光が往復して共振し、レーザー発振に至るようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−４８２００号公報
【特許文献２】米国特許第６４０４７９７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように特許文献１、２のレーザー光源装置によれば、レーザー発振により高出力なレーザー光が得られると考えられるが、装置の低コスト化と高出力化とを両立するためには改善すべき点がある。
【０００７】
高出力化を図るためには良好にレーザー発振させることが重要であり、そのためには共振器内の往路と復路とで光束を高精度に重ね合わせることが有効である。しかしながら、特許文献１のレーザー光源装置では、集光レンズが発光部から独立しているので、発光部に対する集光レンズの位置精度や外部反射ミラーに対する集光レンズの位置精度を向上させることが難しい。ＸＹステージ等の位置合わせ装置を用いたアライメントでは精度の限界があり、位置精度を向上させようとすればアライメントコストが高騰してしまうからである。
【０００８】
特許文献２のように集光レンズが発光部と一体に形成されていれば、集光レンズが不要になるので、光軸に垂直な方向（ＸＹ方向）のアライメント精度を格段に向上させることができると考えられる。しかしながら、熱レンズの焦点距離等の特性は、熱レンズに流れる電流の値や分布に敏感であり、熱レンズを安定して機能させることは難しい。熱レンズの焦点距離が変動すると、外部ミラーで折り返された光の分布は出射時の分布とは異なり、出射部の径よりも広がってしまう。そのため、折り返された光のうち一部のみが第２リフレクターに到達して共振する。すなわち結合損失の悪化により、共振器損失が増加してしまい、高出力なレーザー光が得られなくなってしまう。
【０００９】
本発明は、前記事情に鑑み成されたものであって、装置の高出力化と低コスト化とを両立することが可能な光源装置を提供することを目的の１つとする。また、高品質な投射画像が得られるプロジェクターを提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の光源装置は、発光部と、発光部を駆動するための一対の電極と、前記発光部の射出端面から射出された光の一部を反射させる外部共振器と、を備え、前記発光部は、光を発する活性層と、内部共振器と、所定の波長の光を回折させる回折光学層と、を有し、前記外部共振器は、前記所定の波長の光を反射させる外部ミラーを有し、前記活性層から発せられた光をレーザー発振させるレーザー共振器が、前記内部共振器、前記外部共振器及び前記回折光学層により構成されることを特徴とする。
【００１１】
このようにすれば、活性層から発せられた光が内部共振器内で共振することにより、この光の位相がレーザー発振の閾値未満で整合する。位相整合した光のうちの所定の波長（以下、基本波長と称することがある）の光は、回折光学層で回折することにより、光軸が波長に応じた方向に変化して発光部の射出端面から射出される。発光部から射出された基本波長の光は、外部ミラーで反射して折り返され、発光部及び内部共振器に帰還する。活性層から発せられた基本波長の光は、内部共振器内で共振するとともに、回折により発光部から外部ミラーに向かい外部ミラーから発光部に帰還することで同時に外部共振する。外部共振により活性層に光が戻されることで、内部共振器のみでは十分な利得を得られなかった光が、十分な利得を得てレーザー発振に至る。これにより基本波長のレーザー光が得られる。
【００１２】
内部共振器及び外部共振器を含んだレーザー共振器でレーザー発振させるので、内部共振器のみによりレーザー発振させる場合に比べて共振器長を長くすることが容易になる。したがって、共振器内の電界強度の高い領域に、非線形素子等の大型な素子を挿入することが可能となる。また、内部共振のみではレーザー発振に至らないので、外部ミラーに波長選択性をもたせることにより、内部共振器の電流注入領域を大きくしても内部共振器単独で発振モードの数が増えることがない。したがって、少数の発振モードでありながら、高出力のレーザーを得ることができる。
【００１３】
また、活性層から発せられた光を内部共振器によりレーザー発振に至らない範囲で共振し位相整合させることにより、発光部から射出される光の平行度を高くすることができる。これにより、発光部と外部ミラーとの間に集光レンズが不要になり、集光レンズを用いる場合に比べて部品数を減らすことができる。したがって、アライメントコストを低減することができ、装置コストを低減することができる。
【００１４】
また、発光部から射出される光の平行度を高くすることができるので、発光部に熱レンズが不要になる。熱レンズを用いないことにより、発光部から射出される光の拡散角の変動が格段に低減されるので、レーザー発振を安定に生じさせることができる。また、熱レンズを用いる場合に比べて活性層と射出端面側の電極との間を薄厚化することができ、電気抵抗を削減することができる。そのため、消費電力の低減や温度特性の向上をさせることができる。
以上のように本発明によれば、低コスト化が可能でありしかも高出力かつ高効率なレーザー光が得られる光源装置になる。
【００１５】
また、前記回折光学層が、フォトニック結晶、または、フォトニック準結晶、により構成されていることが好ましい。
回折光学層がフォトニック結晶又はフォトニック準結晶により構成されていれば、回折光学層を所望の特性に設計することができ、回折光学層から射出される光の回折角やスペクトル幅等を高精度かつ所望の値に制御することができる。また、フォトニック結晶によれば、入射した基本波長の光の一部を射出端面に垂直な方向に回折させるとともに、射出端面に平行な方向にも回折させる回折光学層にすることができる。これにより、外部ミラーとの間の結合光学系と内部共振器の共振ミラーを兼ねた回折光学層にすることができる。したがって、装置構成をシンプルにすることができ、光の利用効率を向上しつつ装置コストを低減することができる。
【００１６】
また、前記回折光学層は、前記所定の波長の光の一部が前記外部ミラーの反射面に対して法線方向から入射するように、前記所定の波長の光の一部を回折させるとよい。
このようにすれば、集光レンズ等を用いることなく外部ミラーとの間で共振器を形成することができる。
【００１７】
また、前記外部ミラーの反射面が前記射出端面と略平行になっており、前記回折光学層が、前記所定の波長の光の一部を前記射出端面に垂直な方向に回折させることが好ましい。
このようにすれば、熱レンズ等の集光レンズ等を用いることなく外部ミラーとの間で共振器を形成することができる。
【００１８】
また、前記回折光学層が、前記所定の波長の光の一部を前記射出端面に平行な方向に回折させることが好ましい。
このようにすれば、回折光学層を内部共振器の共振ミラーとすることができる。
【００１９】
また、前記外部ミラーが、体積ホログラフィック回折光学素子により構成されていてもよい。
体積ホログラフィック回折光学素子（以下、ＶＨＧと称することがある）によれば、ＶＨＧで反射する光の波長やスペクトル幅を高い自由度で、しかも高い波長選択性で設定することができる。例えば、特定のモードのみがレーザー発振に至るように、発振モードの数を減らすることも可能である。
【００２０】
また、前記外部ミラーが、ファイバ回折光学素子により構成されていてもよい。
ファイバ回折光学素子（以下、ＦＢＧと称することがある）によれば、レーザー発振により得られた光の外部への取出し方向を制御することが容易になる。
【００２１】
また、前記発光部は、前記一対の電極から供給されるキャリアが移動する領域を、前記活性層の前記射出端面の面方向において制限する、狭窄領域を有することが好ましい。
このようにすれば、キャリアの移動する領域が活性層の面方向において狭窄領域により制限されるので、活性層に供給されるキャリアのキャリア密度を高めることができる。これにより、活性層において光を発する領域を規定することができるとともに、活性層から高強度の光を効率よく発生させることができる。
【００２２】
また、前記発光部は、前記射出端面の反対側の面に、放熱部材が設けられていることが好ましい。
このようにすれば、発光部の熱を放熱部材により逃がすことができ、高出力な光が安定して得られる光源装置になる。
【００２３】
また、更に、前記発光部と前記外部ミラーとの間の光路に前記発光部から出射される光を偏光分離するワイヤーグリッド偏光素子を有し、前記ワイヤーグリッド偏光素子が、前記発光部と一体に設けられていてもよい。
【００２４】
また、前記発光部と前記外部共振器との間の光路に、更に、波長変換素子を備えることもできる。この場合には、前記波長変換素子が、周期的な分極反転構造を有しているとよい。
【００２５】
波長変換素子が設けられていれば、発光部から直接得られない波長の光を取り出すことが可能になり、高出力かつ所望波長の光が得られる光源装置となる。また、ＰＰＬＮ（ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ  ｐｏｌｅｄ  ｌｉｔｈｉｕｍ  ｎｉｏｂａｔｅ）等の周期的な分極反転構造を有する波長変換素子によれば、高効率かつ高精度に基本波長の光を変換波長の光に変換することができる。
【００２６】
また、前記ワイヤーグリッド偏光素子を有する場合に、前記偏光分離されて前記波長変換素子に入射する光の偏光方向が、前記波長変換素子の分極反転軸方向と略平行になっていることが好ましい。
このようすれば、波長変換素子に入射する光の偏光状態が波長変換素子の偏光依存性と合致するので、変換波長の光を効率よく発生させることができる。
【００２７】
また、前記ワイヤーグリッド偏光素子を有する場合に、前記一対の電極の一方が該ワイヤーグリッド偏光素子により構成されていてもよい。
本発明においては熱レンズが不要であるので、活性層にキャリアを供給する経路の設計自由度が高くなり、電極をワイヤーグリッド偏光素子により構成することが可能になる。これにより、発光部から独立してワイヤーグリッド素子を設ける場合に比べて部品点数が少なくなり、低コストの光源装置にすることができる。
【００２８】
本発明のプロジェクターは、前記の本発明の光源装置と、前記光源装置から射出された光を変調する変調装置と、前記変調装置により変調された光を表示する表示光学系と、を備えていることを特徴とする。
本発明の光源装置によれば高出力光が得られるので、高出力な光が、変調装置により変調された後に表示光学系によって表示される。したがって、高輝度の表示画像を得ることができ、ダイナミックレンジが広く高品質な画像が得られるプロジェクターになる。また、放電発光管等を用いたランプ光源に比べて光源装置の低コスト化が可能であり、また色分離光学系や偏光素子等を簡略化あるいは省略することが可能になり、プロジェクターの装置コストを低減することができる。また、変調装置としてライトバルブ等の空間変調装置を用いる場合には、空間変調装置に入射させるためのコリメートレンズ等を簡略化あるいは省略することが可能になり、プロジェクターの装置コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】第１実施形態の光源装置の概略構成を示す斜視図である。
【図２】（ａ）は発光部の拡大図、（ｂ）は（ａ）の要部断面図である。
【図３】第１実施形態におけるフォトニック結晶の二次元構造を示す平面図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、格子配列の例を示す平面図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）は、格子形状の例を示す平面図である。
【図６】第１実施形態におけるレーザー発振の仕組みを示す説明図である。
【図７】第２実施形態の光源装置の概略構成を示す斜視図である。
【図８】第２実施形態の発光部の要部断面図である。
【図９】第２実施形態におけるレーザー発振の仕組みを示す説明図である。
【図１０】変形例１の光源装置の概略構成を示す斜視図である。
【図１１】変形例２〜７の回折光学層の概略構成を示す要部断面図である。
【図１２】（ａ）〜（ｃ）は、光源装置の製造方法の一例を示す工程図である。
【図１３】（ａ）、（ｂ）は、図１２（ｃ）から続く工程図である。
【図１４】プロジェクターの実施形態の概略構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の実施形態を説明するが、本発明の技術範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。以降の説明では図面を用いて各種の構造を例示するが、構造の特徴的な部分を分かりやすく示すために、図面中の構造はその寸法や縮尺を実際の構造に対して異ならせて示す場合がある。
【００３１】
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態の光源装置１の概略構成を示す斜視図である。図１に示すように光源装置１は、ヒートシンク（放熱部材）１０、発光部１１、及び外部ミラー１２を有している。本実施形態のヒートシンク１０は板状の部材である。ヒートシンク１０における一方の面の法線方向が、光源装置１の主光軸方向になっている。ヒートシンク１０の主光軸方向に、発光部１１、外部ミラー１２がこの順に配置されている。ここでは、発光部１１及び外部ミラー１２は、いずれも平面視略長方形（図示は略正方形）のものである。
【００３２】
以下、図１に示したＸＹＺ直交座標系を設定し、これに基づいて部材の位置関係を説明する。このＸＹＺ直交座標系において、光源装置１の主光軸方向をＺ方向とし、平面視した発光部１１の互いに直交する２辺の一方に沿う方向をＸ方向、２辺の他方に沿う方向をＹ方向としている。
【００３３】
ヒートシンク１０は、放熱材料からなるものである。放熱材料としては、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）、ＢｅＯ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｓｎ等が挙げられる。本実施形態のヒートシンク１０は、Ｃｕからなり厚みが数百μｍ〜１ｍｍ程度のものである。
【００３４】
ヒートシンク１０と発光部１１との間には、サブマウント１６が設けられている。サブマウント１６は、ヒートシンク１０と接着部１６１により接着されている。発光部１１はサブマウント１６と接着部１６２により接着されている。サブマウント１６は、例えば厚みが数μｍ〜数十μｍ程度の板状の部材である。接着部１６１、１６２は、ＡｕＳｎやＳｎＡｇＣｕ等を含んだハンダ、あるいは銀ペースト等の接着剤からなり、厚みが数μｍ〜数十μｍ程度のものである。
【００３５】
発光部１１は、第１電極１３及び第２電極１５からなる一対の電極間に半導体層１４が挟持された構造になっている。ここでは、第１電極１３、第２電極１５がいずれも、ヒートシンク１０の面方向と略平行な金属膜からなっている。第１電極１３は、第２電極１５よりもヒートシンク１０側に配置されており、反射電極として機能するようになっている。第２電極１５は、半導体層１４において主光軸方向（Ｚ方向）に直交する面の一部を露出させて設けられている。ここでは、第２電極１５に露出した半導体層１４の面が発光部１１の射出端面１１ａになっており、射出端面１１ａから主光軸方向に基本波長の光が射出される。詳しくは後述するが、発光部１１からレーザー発振に至らない範囲で共振し、位相整合した光が射出される。
【００３６】
本実施形態の外部ミラー１２は、誘電多層膜からなり厚みが数μｍ〜数百μｍ程度の板状の誘電体ミラーにより構成されている。外部ミラー１２において、発光部１１から射出された光が入射する面は、この光の光軸に略直交している。外部ミラー１２は、波長選択性を有しており、基本波長の光を反射させて折り返すようになっている。
【００３７】
図２（ａ）は発光部１１を拡大して示す分解斜視図であり、図２（ｂ）は主光軸方向に沿った発光部１１の断面図である。図２（ａ）、（ｂ）に示すように半導体層１４は、第１電極１３から第２電極１５に向かって、半導体基板１４１、ｎクラッド層１４２、第１ガイド層１４３、多重量子井戸層（ＭＱＷ）１４４、第２ガイド層１４５、ｐクラッド層１４６がこの順に積層された構造になっている。ここでは、ＭＱＷ１４４が活性層として機能し、第２ガイド層１４５とｐクラッド層１４６とが回折光学層として機能する。回折光学層は、ｐクラッド層１４６のみであってもよいし、ｎクラッド層または第１ガイド層側に形成されていてもよいし、ｐクラッド層とｎクラッド層に形成されていてもよい。
【００３８】
半導体基板１４１は、例えばＧａＡｓ等からなり厚みが５０μｍ〜５００μｍ程度のものである。ｎクラッド層１４２は、例えばＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ等からなり厚みが０．５μｍ〜数μｍ程度のものである。第１ガイド層１４３は、例えばＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ等からなり厚みが数十ｎｍ〜数百ｎｍ程度のものである。ＭＱＷ１４４は、例えばＧａＡｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓの周期構造からなり、厚みが数ｎｍ程度の井戸を１〜７つ程度含んでいる。第２ガイド層１４５は、例えばＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ等からなり厚みが数十ｎｍ〜数百ｎｍ程度のものである。ｐクラッド層１４６は、例えばＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ等からなり厚みが０．５μｍ〜数μｍ程度のものである。
【００３９】
なお、半導体層を構成する各層の材質や厚み、極性等については、前記の例に限定されるものではなく、発光部から射出される光の波長等に応じて適宜設計し得る。例えば、第２実施形態では、外部への出力光として波長変換素子の第２高調波を用いることを想定しており、発光部から射出される光の波長としては、可視域の２倍の波長、すなわち近赤外の波長域を想定している。
【００４０】
第２ガイド層１４５には、面方向に周期的に配列された多数の凹部１４５ａが設けられている。ｐクラッド層１４６には、面方向に周期的に配列された多数の凹部１４６ａが設けられている。凹部１４５ａ、１４６ａはいずれも平面視略円形のものであり、凹部１４５ａの１つ全体と凹部１４６ａの１つ全体とが平面的に重ね合わされている。一対の凹部１４５ａ、１４６ａが、回折光学層における格子Ｐの１つになっている。凹部１４５ａ、１４６ａの深さの合計（格子Ｐの深さ）としては、例えば数十ｎｍ〜数百ｎｍ程度である。
【００４１】
本実施形態の回折光学層は、例えば多数の格子Ｐが周期的に配列されていることにより、屈折率が主光軸方向（Ｚ方向）と直交する面方向（ＸＹ方向）において周期的に変化している。すなわち、回折光学層は、フォトニック結晶により構成されている。回折光学層に入射した光は、その波長に応じた方向に回折する。格子Ｐの間隔などは、一般にフォトニックバンド構造を解析することによって算出できる。
【００４２】
また、回折光学層は、同心円状に溝を形成した円形回折格子であってもよい。その場合、格子の間隔ｄ［ｍ］、回折光学層から光が射出される射出面を基準とした回折角θ［ｒａｄ］、回折光学層の有効屈折率ｎｅｆｆ、基本波長の波長λ［ｍ］、整数ｍとすると、近似的に以下の式（１）に示す関係が成り立つ。なお、有効屈折率ｎｅｆｆは、回折光学層の材質や格子の深さ、格子の間隔等により定まる値である。
２ｄ（１−ｃｏｓθ）＝ｍλ／ｎｅｆｆ・・・（１）                  
【００４３】
例えば、円形回折格子の格子の間隔ｄをλ／（２ｎｅｆｆ）とすれば、式（１）は、以下の式（２）で表される。
１−ｃｏｓθ＝ｍ・・・（２）                  
すなわち、θ＝０°の方向にｍ＝０次の回折が生じ、θ＝９０°の方向にｍ＝１次の回折が生じ、θ＝１８０°の方向にｍ＝２次の回折が生じる（式（２）の等号が成り立つ）。すなわち、回折光学層においてθ＝９０°の方向（射出面に対して平行方向）への回折により基本波長の光に対する内部共振器の共振ミラーを形成しつつ、θ＝０°、１８０°の方向（射出面に対して垂直方向）への回折により基本波長の光を外部ミラーへ結合させることができる。
このような条件は、円形回折格子に限らず、フォトニック結晶などを回折光学層に用いた場合も、フォトニックバンド構造を解析することによって算出することが可能である。
【００４４】
図３は、本実施形態のフォトニック結晶の格子配列を示す平面図である。図３に示すように、本実施形態では三角格子の格子点に格子Ｐが配置されている。詳しくは、格子ＰがＸ方向に沿って列状に並んでいるとともに、この列がＹ方向に並んでいる。Ｙ方向に並ぶ２つの列に着目すると、一方の列と他方の列とで格子Ｐの位相が格子Ｐの間隔の半分だけずれており、格子Ｐは千鳥状の三角格子に配置されている。一方の列においてＸ方向に近接する２つの格子Ｐと、この２つの格子の間に配置された他方の列の格子Ｐとは、これら３つの格子Ｐの中心位置が正三角形の頂点になるように配置されている。
【００４５】
図３に示した格子配列の他に、例えば図４（ａ）〜（ｅ）に示すような格子配列の回折光学層を用いてもよい。
図４（ａ）に示す格子配列において、格子Ｐは正方格子の格子点に配置されている。格子ＰがＸ方向に等間隔で並んでいるとともに、Ｙ方向にも等間隔でならんでいる。Ｘ方向における格子Ｐの間隔は、Ｙ方向における格子Ｐの間隔と略一致している。
【００４６】
図４（ｂ）に示す格子配列において、格子Ｐは長方格子の格子点に配置されている。格子ＰがＸ方向に等間隔で並んでいるとともに、Ｙ方向にも等間隔でならんでいる。Ｘ方向における格子Ｐの間隔は、Ｙ方向における格子Ｐの間隔と異なっている。このような格子配列にあっては、Ｘ方向に振動する偏光と、Ｙ方向に振動する偏光とで回折効率が異なる。したがって、回折した光の偏光方向を制御することができ、回折光学層に入射する光において所望の方向に振動する直線偏光を選択的に取り出すことが可能になる。
【００４７】
図４（ｃ）に示す格子配列において、格子Ｐは回転中心軸周りに周期的に配置されているとともに、回転中心軸を通る半径方向に周期的に配置されている。
以上のような三角格子、四角格子（正方格子、長方格子）の他にも、６角形の頂点を用いたハニカム格子等を用いてもよい。
また、図４（ｄ）に示すペンローズ格子のように、併進方向において格子の寸法が変化したフォトニック準結晶を回折光学層に用いてもよい。
【００４８】
図５（ａ）、（ｂ）は、本実施形態と異なる格子形状の例を示す平面図である。図５（ａ）に示すような略楕円形平面形状が略楕円形の格子を用いると、楕円形の長軸方向に振動する偏光と、短軸方向に振動する偏光とで回折効率を異ならせることができる。これにより、回折した光の偏光方向を制御することができ、回折光学層に入射する光において所望の方向に振動する直線偏光を選択的に取り出すことが可能になる。
【００４９】
図５（ｂ）に示すような平面形状が略三角形の格子を用いると、平面形状が略円形、略楕円形のものに比べて回折効率が高くなる。また、射出平面に平行な方向に電界が振動するＴＥ偏光に対してバンドギャップを有するとともに、射出面に垂直な方向のみに電界が振動する（射出平面に平行な方向に磁界が振動する）ＴＭ偏光に対してもバンドギャップを有する回折光学層になる。これにより、内部共振器の共振ミラーとしての光利用効率の高い回折光学層にすることが可能になる。
【００５０】
いずれの格子配置、いずれの格子形状を採用する場合であっても、回折角と波長との関係については数値シミュレーション等により厳密に求めることができ、これに基づいて回折光学層を設計することができる。本実施形態では、前記のように基本波長の光の１次回折光が略９０°の回折角で回折され、２次の回折光が１８０°の回折角で回折されるように、回折光学層が設計されている。
【００５１】
図６は、光源装置１がレーザー発振を生じる仕組みを模式的に示す説明図である。
図２（ｂ）に示した第１電極１３と第２電極１５との間に電圧が印加されると、図６に示すようにＭＱＷ１４４が基本波長の光Ｌ１１を発する。光Ｌ１１は、例えばスペクトル幅が数十ｎｍ程度の赤外光である。ＭＱＷ１４４から射出端面に垂直な方向に発せられて第１電極１３に向かって進行した光Ｌ１１は、第１電極１３で反射して折り返され、射出端面に垂直な方向を回折光学層１４５、１４６に向かって進行する。ＭＱＷ１４４から射出端面に垂直な方向に発せられ、回折光学層１４５、１４６に向かって進行した光Ｌ１１と、第１電極１３で反射して折り返された光Ｌ１１は、回折光学層１４５、１４６に入射する。
【００５２】
回折光学層１４５、１４６に入射した光の一部は、回折光学層１４５、１４６で０°、９０°、または１８０°方向に回折される。回折光学層１４５、１４６で９０°方向に回折した光Ｌ１２の一部は、回折光学層１４５、１４６内を射出端面に平行な面内において何度も往復して共振する。また、回折光学層１４５、１４６内を射出端面に平行な方向に進行する光Ｌ１２の一部は、回折光学層１４５、１４６から射出端面に垂直な方向に回折されて、第１電極１３と回折光学層１４５、１４６との間を何度も往復する。すなわち、本実施形態では回折光学層１４５、１４６内、及び回折光学層１４５、１４６と第１電極１３との間が、それぞれ内部共振器になっている。
【００５３】
本発明では、レーザー発振が生じない程度に光Ｌ１１が位相整合するように、内部共振器が設計されている。このような内部共振器を設計する手法としては、例えばレーザー発振が生じるように内部共振器を仮設計した後に、設計パラメータを設計点からずらす手法が挙げられる。設計パラメータを設計点からずらす手法の具体例としては、回折光学層１４５、１４６における格子Ｐの深さを小さくする手法、回折光学層１４５、１４６における格子ＰとＭＱＷ１４４との距離を大きくする手法、格子Ｐの周期数を減らす手法等が挙げられる。これら手法のうちの１つ又は２つ以上の組合せにより回折効率を下げることができ、レーザー発振が生じないようにすることができる。
【００５４】
内部共振器内で共振し位相整合した光Ｌ１２の一部は、回折光学層１４５、１４６による９０°方向、すなわち射出端面に対して垂直上下方向にも回折される。射出端面に対して垂直上下方向に回折された光Ｌ１３は、波長や位相が揃っていることにより拡散角が極めて小さくなっており、垂直上方向に回折された光は略平行光として外部ミラー１２に入射し、垂直下方向に回折された光は略平行光として第１電極１３に入射する。
【００５５】
図６に示すように、外部ミラー１２に入射した基本波長の光Ｌ１３は、外部ミラー１２で反射して折り返される。折り返された光Ｌ１３は、回折光学層１４５、１４６に入射し、一部の光は０次及び２次の回折により内部共振する光Ｌ１２に結合し、他の光は透過して第１電極１３に入射する。同様に第１電極１３に入射した基本波長の光Ｌ１３は、第１電極１３で反射して折り返される。折り返された光Ｌ１３は、回折光学層１４５、１４６に入射し、一部の光は０次及び２次の回折により内部共振する光Ｌ１２に結合し、他の光は透過して外部ミラー１２に入射する。
【００５６】
このようにして、内部共振器により回折光学層内を射出端面に水平な方向に何度も往復することで位相整合された光Ｌ１２は、回折により第１電極１３と外部ミラー１２との間に構成される共振器内を何度も往復する光Ｌ１３と相互に結合する。これにより内部共振器のみでは、共振はするものの発振には至らなかった光Ｌ１２は、外部共振を介して再度内部共振器内に戻されることで、十分な増幅を受けることができ、レーザー発振に至る。これによりレーザー光となった光のうち、光Ｌ１３の一部は外部ミラー１２を透過して光源装置１の外部に取り出される。
【００５７】
以上のような光源装置１によれば、内部共振器により位相や波長が揃えられた基本波長の光が、回折光学層１４５、１４６により回折されて発光部１１から射出される。したがって、発光部１１から射出される光は、光軸が高精度な方向に規定されるとともに、拡散角が格段に小さくなり略平行光になる。よって、集光レンズや熱レンズ等を用いなくとも、発光部１１から射出された光を外部ミラー１２に高精度な角度で入射させることができ、この光を発光部１１に向けて高精度に帰還させることができる。このようにして、発光部１１から射出された光を良好にレーザー発振させることができ、高出力なレーザー光が得られる光源装置になっている。
【００５８】
第１実施形態の光源装置１にあっては、共振器を構成する観点で集光レンズを用いる必要性が低くなっている。熱レンズ等の集光レンズを省くことにより、部品数を減らすことができ、アライメントコストを下げることができる。また、熱レンズを用いる必要がなくなるので、安定してレーザー発振を生じさせることもできる。
【００５９】
以上のように、第１実施形態の光源装置１は、低コスト化が可能であり、しかも高出力なレーザー光が得られるものになっている。また、外部ミラーに波長選択性を持たせれば、高出力でありながら発振モードの数を削減し、特定のモードのみがレーザー発振に至るようにすることも可能である。
【００６０】
［第２実施形態］
次に第２実施形態の光源装置を説明する。第２実施形態が第１実施形態と異なる点は、発光部の第２電極がワイヤーグリッド偏光板により構成されている点と、外部ミラーがＶＨＧにより構成されている点と、発光部と外部ミラーとの間に波長変換素子が設けられている点である。
【００６１】
図７は、第２実施形態の光源装置２の概略構成を示す斜視図である。図７に示すように光源装置２は、ヒートシンク２０、発光部２１、及び外部ミラー２２を有している。第１実施形態と同様に、ヒートシンク２０の面方向と直交する方向が発光部２１の主光軸方向になっており、この主光軸方向に沿ってヒートシンク２０側から発光部２１、波長変換素子２７、外部ミラー２２がこの順に配置されている。
【００６２】
ヒートシンク２０と発光部２１との間にサブマウント２６が設けられている。サブマウント２６は、ヒートシンク２０と接着部２６１により接着されている。発光部２１はサブマウント２６と接着部２６２により接着されている。ヒートシンク２０、サブマウント２６、接着部２６１、２６２は第１実施形態と同様のものである。
【００６３】
発光部２１は、第１電極２３及び第２電極２５からなる一対の電極間に、半導体層２４が挟持された構造になっている。第１電極２３は、接着部２６２を介してサブマウント２６と接着されており、第１実施形態と同様に反射電極として機能する。
【００６４】
第２電極２５は、概略板状のものであり、枠状部２５１とワイヤーグリッド部２５２とからなっている。ワイヤーグリッド部２５２は、枠状部２５１に囲まれる部分に枠状部２５１と連続して設けられた多数の金属細線からなっている。多数の金属細線は互いに平行になっており、ここでは金属細線の各々がＹ方向に延在している。
【００６５】
このようなワイヤーグリッド部２５２に入射した光において、金属細線の延在方向（Ｙ方向）に振動する偏光成分は、ワイヤーグリッド部２５２で反射する。また、金属細線の延在方向と直交する方向（Ｘ方向）に振動する偏光成分は、ワイヤーグリッド部２５２を通って射出される。
【００６６】
図８は主光軸方向に沿った発光部２１の断面図である。図８に示すように半導体層２４は、第１実施形態と同様の構成になっている。すなわち、半導体層２４は、第１電極２３から第２電極２５に向かって、半導体基板２４１、ｎクラッド層２４２、第１ガイド層２４３、ＭＱＷ２４４、第２ガイド層２４５、ｐクラッド層２４６がこの順に積層された構造になっている。第２ガイド層２４５に設けられた凹部２４５ａと、ｐクラッド層２４６に設けられた凹部２４６ａとが格子Ｐを構成している。
【００６７】
図７に示した波長変換素子２７は、２次高調波を発生させ、入射光のうちの少なくとも一部を略半分波長（変換波長）の光に変換するものである。本実施形態の波長変換素子２７は、ＰＰＬＮからなり、分極部２７１と反転部２７２とが交互に並んだ周期構造を有している。周期構造の周期方向に直交する１つの方向が、分極反転軸方向になっている。波長変換素子２７は、周期方向に進行する光において分極反転軸方向に振動する偏光について波長を変換する効率が高くなっている。また、周期方向の寸法を大きくするほど波長を変換する効率を高くすることができる。波長変換素子２７は、周期方向が発光部２１の主光軸方向と一致し、かつ分極反転軸方向がワイヤーグリッド部２５２の金属細線の延在方向と直交するように配置されている。なお、図７には、分極反転軸方向を矢印で模式的に図示している。
【００６８】
本実施形態の外部ミラー２２は、ＶＨＧ（体積ホログラフィック回折光学素子）からなっている。外部ミラー２２は、入射光のうちの基本波長の光を反射させるとともに変換波長の光を透過させるようになっている。ＶＨＧからなる外部ミラー２２によれば、誘電体ミラーからなる外部ミラーよりも高い波長選択性を有し、特定の波長の光のみを反射させることが可能である。
【００６９】
図９は、光源装置２の動作を模式的に示す説明図である。
図９に示すように、第２実施形態においても第１実施形態と同様に、ＭＱＷ２４４から発せられた基本波長の光Ｌ２１の一部は、回折光学層２４５、２４６において射出端面を基準とする９０°方向に回折することにより、回折光学層２４５、２４６内を射出端面と平行な方向に何度も往復して、また回折光学層２４５、２４６と第１電極２３との間を何度も往復して、レーザー発振に至らない程度に共振する。
【００７０】
共振した基本波長の光Ｌ２２の一部は、回折光学層２４５、２４６において射出端面を基準とする０°、１８０°方向に回折することにより、回折光学層２４５、２４６から射出されワイヤーグリッド部２５２に向かう光Ｌ２３になる。光Ｌ２３のうち、射出端面に対して垂直下方向に回折された光は第１電極２３に入射し、射出端面に対して垂直上方向に回折された光は第２電極２５のワイヤーグリッド部２５２に入射する。ワイヤーグリッド部２５２に入射した光において、金属細線の延在方向（Ｙ方向）に直交する方向（Ｘ方向）に電界が振動する偏光成分の光Ｌ２４は、ワイヤーグリッド部２５２を通って波長変換素子２７に入射する。
【００７１】
波長変換素子２７に入射した光Ｌ２４（例えば波長が１０６４ｎｍの赤外光）の一部は、変換波長の光Ｌ２５（例えば波長が５３２ｎｍの緑色光）に変換される。波長変換素子２７の分極反転軸方向（Ｘ方向）が、光Ｌ２４の電界の振動方向（Ｘ方向）と一致しているので、光Ｌ２４の波長を効率よく略半分の波長に変換することができる。変換波長の光Ｌ２５は、光Ｌ２４のうちの波長が変換されなかった基本波長の光Ｌ２６とともに波長変換素子２７から射出され、外部ミラー２２に入射する。
【００７２】
外部ミラー２２に入射した光Ｌ２５、Ｌ２６のうち、変換波長の光Ｌ２５は外部ミラー２２を通って外部に取り出され、基本波長の光Ｌ２６は外部ミラー２２で反射して折り返される。外部ミラー２２で反射した基本波長の光Ｌ２６は、波長変換素子２７に再度入射して、その一部が変換波長の光Ｌ２７に変換される。変換波長の光Ｌ２７は、ワイヤーグリッド部２５２に向けて射出され、ワイヤーグリッド部２５２の表面に形成された波長選択膜（図示略）で反射して折り返される。波長選択膜は、例えば誘電体多層膜等により構成されており、基本波長の光を透過させるとともに変換波長の光を反射させる特性を有している。波長選択膜で反射した光Ｌ２７は、光Ｌ２５とともに外部に取り出される。波長変換素子２７により波長が変換されなかった基本波長の光Ｌ２８は、ワイヤーグリッド部２５２を経て、回折光学層２４５、２４６に入射する。
【００７３】
回折光学層２４５、２４６に入射した光Ｌ２８の一部は、第１実施形態での説明と同様に、一部は０次及び２次の回折により内部共振する光Ｌ２２に結合する。光Ｌ２８のうち、光Ｌ２２と結合しなかった光や回折光学層２４５、２４６により垂直下方向に回折された光Ｌ２３は、第１電極２３で反射して折り返される。折り返された光は、回折光学層２４５、２４６に入射し、０次の回折光はワイヤーグリッド部２５２に入射し、１次の回折光は内部共振する光に結合する。また、２次の回折光はＭＱＷ２４４に向けて折り返される。
【００７４】
このようにして、回折光学層２４５、２４６内を射出端面に平行な方向に何度も往復することで共振した光Ｌ２２は、回折により第１電極２３と外部ミラー２２との間に構成される共振器内を何度も往復する光と相互に結合する。これにより内部共振器のみでは、共振はするものの発振には至らなかった光Ｌ２２は、外部共振を介して再度内部共振器内に戻されることで、十分な増幅を受けることができ、レーザー発振に至る。このレーザー発振に至った基本波長の光は、共振器内を往復するとともに波長変換素子２７を通るたびにその一部が変換波長の光に変換される。変換波長の光Ｌ２５、Ｌ２７は、外部ミラー２２を通って光源装置２の外部に取り出される。
【００７５】
第２実施形態の光源装置２にあっては、第１実施形態と同様に発光部２１から略平行光が射出されるので、共振させるための熱レンズ等の集光レンズが不要となり、低コスト化が可能になっている。また、外部共振器内に波長変換素子２７を配置しているので、特定波長の高い電界強度を有するレーザー光が得られる。一般に、ＰＰＬＮなどの非線形素子は、電界強度が強く、また周期方向の寸法を大きくするほど波長変換効率を高くすることができる。光源装置２において、波長変換素子２７は、高い電界強度を有する基本波長のレーザー光が発生する外部共振器内に配置されているので、波長変換素子２７の波長変換効率を格段に高くすることができる。また、外部共振器の共振器長を長くすることが可能であるから、波長変換素子の周期方向の寸法を大きくすることができ、波長変換素子２７の波長変換効率を格段に高くすることができる。
【００７６】
また、本発明によれば熱レンズが不要であり半導体層２４の温度分布を制御する必要がないので、半導体層２４に流す電流の経路の設計自由度が高くなる。したがって、第２電極２５の形状の制約が緩やかになり、第２実施形態のように第２電極２５をワイヤーグリッド偏光素子として機能させることが可能になる。よって、ブリュースタ板等の偏光状態を調整する光学部品を用いなくとも共振器内の偏光状態を制御することが可能になり、シンプルな構成でありながら共振器内の偏光状態を波長変換素子２７の偏光依存性と一致させることができる。すなわち、波長変換素子２７において波長変換効率が高い偏光成分のみをレーザー発振させることが可能である。これにより、基本波長の光を高効率で変換波長の光に変換することができ、端的には発光部から直接得られない波長のレーザー光であっても効率よく得ることができる。
【００７７】
また、発光部２１から略平行光が射出されるので、集光レンズや熱レンズを用いる場合に比べて発光部２１と外部ミラー２２との間の光路長を長くとることができる。したがって、発光部２１と外部ミラー２２との間に配置する波長変換素子２７について、光路長方向の寸法を大型化することができ、波長の変換効率を格段に向上させることができる。
以上のように第２実施形態の光源装置２は、所望の波長の高出力なレーザー光を高効率で得られる光源装置になっている。
【００７８】
波長変換素子２７と発光部２１との間に波長選択膜が配置されているので、変換波長の光が波長選択膜で反射して折り返され、発光部２１に入射しなくなる。これにより、変換波長の光が、発光部２１を構成する各層（クラッド層やガイド層等）で吸収されることや、回折光学層２４５、２４６で変換波長の光が所望以外の方向に回折されること等がなくなり、変換波長の光の損失を小さくすることができる。
【００７９】
なお、第２実施形態では外部ミラー２２としてＶＨＧを用いているが、第１実施形態と同様に誘電体ミラーを用いてもよい。また、第１実施形態の外部ミラーとしてＶＨＧを用いることも可能である。また、以下に説明するように、外部ミラーとしてＦＢＧを用いた構成も可能である。
【００８０】
図１０は、変形例１の光源装置２Ｂの概略構成を示す断面模式図である。図１０に示すように、光源装置２Ｂは、第２実施形態の光源装置２の外部ミラーをＦＢＧ２２Ｂからなる外部ミラーに変更したものである。
【００８１】
ＦＢＧ２２Ｂは、ファイバグレーティング（ファイバブラッググレーティングと称される場合もある）からなっている。ＦＢＧ２２Ｂは、例えば光ファイバを母材として形成されたものであり、主軸周りに設けられたコア２２２と、コア２２２を被覆して設けられたクラッド２２１とを有している。コア２２２はグレーティング部２２３を有しており、グレーティング部２２３の屈折率は主軸方向に沿って周期的に変化している。
【００８２】
グレーティング部２２３に入射した光において、グレーティング部２２３の周期構造に合致しない波長成分は、グレーティング部２２３を透過する。また、グレーティング部２２３の周期構造に合致する波長成分は、グレーティング部２２３で反射する。ここでは、基本波長の光が反射するように、グレーティング部２２３の周期構造が設計されている。
【００８３】
以上のような変形例１の光源装置２Ｂにおいて、波長変換素子２７から射出された光Ｌ２５、２６は、ＦＢＧ２２Ｂに入射してコア２２２を通ってグレーティング部２２３に入射する。グレーティング部２２３に入射した変換波長の光Ｌ２４は、グレーティング部２２３を通って外部に取り出される。グレーティング部２２３に入射した基本波長の光Ｌ２５は、グレーティング部２２３で反射して折り返され、波長変換素子２７に再度入射する。これにより、第２実施形態で説明したようにレーザー発振を生じて、変換波長のレーザー光が得られるようになっている。ＦＢＧ２２Ｂにより外部ミラーを構成すれば、光源装置２Ｂから取り出された光の射出方向を制御することが容易になる。
【００８４】
なお、第１、第２実施形態では第１電極を反射電極として、共振器を構成する共振ミラーとして機能させているが、第１電極と別に共振ミラーを設けてもよい。第１、第２実施形態ではフォトニック結晶により回折光学層を構成しているが、回折光学層としては、基本波長の光を所望の方向に回折させるものであれば、フォトニック結晶以外のものにより構成してもよい。また、１以上の層が基本波長の光を回折させるようになっていればよく、回折光学層が単層で構成されていてもよいし、複数層で構成されていてもよい。また、活性層よりも基板側の単層または複数層に回折光学層が構成されていてもよい。また、射出端面と非垂直な方向に発光部から光が射出されるように、回折光学層が設計されていてもよい。以下、回折光学層の変形例を説明する。
【００８５】
図１１（ａ）〜（ｆ）は、回折光学層の変形例を示す要部断面図である。
図１１（ａ）に示す変形例２の回折光学層は、単層のｐクラッド層３２により構成されている。ｐクラッド層３２は、第１、第２実施形態のｐクラッド層と同様のものであり、第２ガイド層３１上に設けられている。ｐクラッド層３２には貫通孔が設けられており、この貫通孔が格子Ｐとして機能するようになっている。ｐクラッド層３２上には、格子Ｐを露出させて第１実施形態と同様の第２電極３３が設けられている。
【００８６】
なお、貫通孔の内側にｐクラッド層３２と屈折率が異なる材質の充填材が充填されていてもよい。また、充填材が第２電極３３に露出した部分のｐクラッド層３２や、第２電極３３を覆って設けられていてもよい。これにより、充填材を第２電極３３やｐクラッド層３２を保護する保護膜として機能させることができる。充填材の形成材料としては、例えばシリコンやチタン、タンタル等の酸化物や窒化物等が挙げられ、具体例としてはＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ、ＴｉＯ２、ＴｉＮ、Ｔａ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５等が挙げられる。
【００８７】
図１１（ｂ）に示す変形例３の回折光学層は、単層の第２ガイド層３１により構成されている。第２ガイド層３１の表層には凹部が形成されており、この凹部が格子Ｐとして機能するようになっている。第２ガイド層３１を覆ってｐクラッド層３２が設けられており、ｐクラッド層３２上に第２電極３３が設けられている。
【００８８】
図１１（ｃ）に示す変形例４の回折光学層は、図１１（ａ）に示した変形例２と類似している。変形例４は、第２ガイド層３１とｐクラッド層３２との間に、面方向において部分的に酸化狭窄層（狭窄領域）３４が設けられている点で変形例２と異なる。酸化狭窄層３４は、例えばＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓ（ｘ＞０．９５）等を酸化させた材質のものである。酸化狭窄層３４の形成方法としては、例えば以下のような手法がある。まず、ｐクラッド層３２を形成する前に第２ガイド層３１上にＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓ（ｘ＞０．９５）等からなる層を形成し、次いでフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術等により、回折光学層を囲むように外側面を露出させ、３５０〜５００℃程度の水蒸気雰囲気中に投入することで、側面からＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓ（ｘ＞０．９５）層を酸化し、酸化された部分を酸化狭窄層にする。
【００８９】
酸化狭窄層３４が形成された部分では、第２ガイド層３１とｐクラッド層３２との間で、酸化狭窄層３４の厚み方向にキャリアが移動しない。これにより、第２ガイド層３１とｐクラッド層３２との間において酸化狭窄層３４が形成されていない部分を選択的にキャリアが移動するようになり、活性層（図２参照）に供給されるキャリアのキャリア密度を高めることができる。したがって、活性層において光を発する領域を規定することができるとともに、活性層から強度が高い光を効率よく発生させることができる。
【００９０】
図１１（ｄ）に示す変形例５の回折光学層は、図１１（ｂ）に示した変形例３と類似している。変形例４は、第２ガイド層３１に当接して第２電極３３が設けられており、第２ガイド層３１に設けられた凹部内にｐクラッド層３２がの一部が埋め込まれている点で変形例３と異なる。このようなｐクラッド層３２は、第２電極３３を形成後に再成長技術などを用いて形成することが可能である。第２ガイド層３１に当接して第２電極を設けることにより、抵抗を低減し発熱を低減することも可能である。
【００９１】
図１１（ｅ）に示す変形例６の回折光学層は、図８に示した第２実施形態の回折光学層と類似しているが、ｐクラッド層３２中に酸化狭窄層３４が設けられている点で第２実施形態と異なる。
図１１（ｆ）に示す変形例７の回折光学層は、図１１（ｅ）に示した変形例５と類似しているが、酸化狭窄層３４に代えてプロトン（水素イオン）が注入された狭窄領域３６が設けられている点で異なる。
【００９２】
前記したように本発明では発光部に熱レンズの機能を持たせる必要がないため、変形例２〜７のように、熱レンズを用いるものに比べて活性層（ＭＱＷ）から射出端面までの間を薄型化することができる。これにより、電気抵抗を削減することができ、消費電力の低減や温度特性の向上をさせることができる。また、第２電極から活性層までのキャリアの移動経路に対する制約が、熱レンズを用いるものよりも緩やかであるので、狭窄領域を形成する部分の位置に対する制約が緩やかである。したがって、活性層における所望の領域のみにキャリアが注入されるように、狭窄領域を形成することができ、活性層から強度が高い光を効率よく発生させることができる。
【００９３】
次に、第１実施形態の構成に基づいて、光源装置の製造方法の一例を概略して説明する。図１２（ａ）〜（ｃ）、図１３（ａ）、（ｂ）は、発光部の形成方法を示す工程図である。
【００９４】
まず、図１２（ａ）に示すように、第１電極１３上に、半導体基板１４１、ｎクラッド層１４２、第１ガイド層１４３、ＭＱＷ１４４をこの順に形成する。そして、ＭＱＷ１４４上に、後に第２ガイド層１４５になる第１材料層１４７、後にｐクラッド層１４６の一部になる第２材料層１４８をこの順に形成する。これら半導体層１４を構成する各層の形成方法や形成材料については、公知のものを用いることができる。
【００９５】
次いで、図１２（ｂ）に示すように、第２材料層１４８上にマスクパターンＭを形成する。ここでは、マスクパターンＭの詳細な構造を図示しないが、マスクパターンＭは、第２材料層１４８上の略全面に設けられ、シリコン酸化物やシリコン窒化物等からなるハードマスク層と、ハードマスク層上に設けられたレジストパターンとからなっている。レジストパターンは、ハードマスク層上の略全面にレジスト材料を塗布法等により成膜した後に、この膜を電子線によるＥＢ描画プロセス及び現像プロセス、または干渉露光（液浸が望ましい）等を行うことによりパターニングして形成される。なお、インプリント転写プロセス等を用いてレジスト材料膜をパターニングしてレジストパターンを形成してもよい。
【００９６】
次いで、図１２（ｃ）に示すようにレジストパターンをマスク用いて前記のハードマスク層をエッチングし、ハードマスク層をパターニングする。そして、パターニングされたハードマスク層をマスクにして、第１材料層１４７及び第２材料層１４８をエッチングする。これにより、第２材料層１４８において格子Ｐになる部分に貫通孔を形成する。この貫通孔は、図２に示した凹部１４６ａになる部分である。また、第１材料層１４７において格子Ｐになる部分に図２に示した凹部１４５ａを形成して、凹部１４５ａが形成された第１材料膜を第２ガイド層１４５とする。
【００９７】
次いで、図１３（ａ）に示すようにマスクパターンＭを除去した後に、パターニングされた第２材料層１４８を厚膜化してｐクラッド層１４６にする。厚膜化する手法としては、半導体材料からなる薄板を第２材料膜上に融着させる手法や、第２材料膜を膜成長させる手法等が挙げられる。融着技術としては、インジウムリン層とシリコン層との融着技術、インジウムリン層とガリウム砒素層との融着技術や、ガリウム砒素層とガリウム窒素層との融着技術、ガリウム砒素層とガリウム砒素層との融着技術、インジウムリン層とインジウムリン層との融着技術、インジウムガリウム砒素層とシリコン層との融着技術等、様々な材質の層間での融着技術が知られており、公知の融着技術から適宜選択される技術を用いればよい。
【００９８】
なお、融着プロセスにおいて融着させる互いの層間で原子が交換されることにより、格子になる凹部や貫通孔の形状が融着プロセスの前後で変化することがある。このような形状変化を考慮して凹部や貫通孔を設計しておくことにより、回折光学層の特性を高精度に制御することができる。
【００９９】
次いで、図１３（ｂ）に示すように、ｐクラッド層１４６上に第２電極１５を形成することにより、発光部１１が得られる。また、ヒートシンク１０上に取り付けるとともに、外部ミラー１２等を配置することにより、図１に示した光源装置１が得られる。
なお、第１材料膜を形成してから第２電極を形成するまでの間に、適宜選択されるタイミングでイオン注入法等を用いて狭窄領域を形成することもできる。
【０１００】
次に、本発明のプロジェクターの実施形態を説明する。図１４は、本実施形態のプロジェクター４００を示す概略構成図である。図１４に示すように、プロジェクター４００は、レーザー光源装置（光源装置）４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂ、透過型の液晶ライトバルブ（変調装置）４３０Ｒ、４３０Ｇ、４３０Ｂと、ダイクロイックプリズム４４０と、投射光学系（表示光学系）４５０を備えている。レーザー光源装置４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂは、それぞれ赤色光、緑色光、青色光を射出し、射出された各色光は、それぞれ液晶ライトバルブ４３０Ｒ、４３０Ｇ、４３０Ｂに変調される。変調された各色光は、ダイクロイックプリズム４４０によって合成され、合成された光は投射光学系４５０によって投射される。
【０１０１】
本実施形態のプロジェクター４００は、レーザー光源装置４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂから射出されたレーザー光の照度分布を均一化する均一化光学系４２０Ｒ、４２０Ｇ、４２０Ｂを備えている。これにより、液晶ライトバルブ４３０Ｒ、４３０Ｇ、４３０Ｂが、均一な照度分布の光によって照明される。均一化光学系４２０Ｒは、ホログラム４２１Ｒとフィールドレンズ４２２Ｒ等により構成されており、均一化光学系４２０Ｇ，４２０Ｂも同様の構成になっている。
【０１０２】
液晶ライトバルブ４３０Ｒ、４３０Ｇ、４３０Ｂの各々により変調された色光は、ダイクロイックプリズム４４０に入射する。ダイクロイックプリズム４４０は４つの直角プリズムを貼り合わせて形成され、その内面に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に配置されている。３つの色光は、これらの誘電体多層膜によって合成され、カラー画像を表す光になる。合成された光が投射光学系４５０によりスクリーン４６０上に拡大投射されることにより、投射画像が表示されるようになっている。
【０１０３】
本実施形態のプロジェクター４００にあっては、レーザー光源装置４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂが本発明の光源装置により構成されているので、ダイナミックレンジが広く高品質な投射画像が得られるプロジェクターになっている。また、レーザー光源装置４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂの各々から狭帯域のレーザー光が射出されるので、色再現性が良好なプロジェクターになっている。
【０１０４】
なお、変調装置として透過型の液晶ライトバルブを用いたが、反射型の液晶ライトバルブを用いても良いし、デジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）による空間変調装置等を用いてもよい。投射光学系の構成は、使用される変調装置の種類によって適宜変更すればよい。また、色光合成素子としては、クロスダイクロイックプリズムの他にも、ダイクロイックミラーを平行に配置し色光を合成するもの、プリズムに互いに異なる入射方向から複数の色光を入射させて収差により合成するもの等を適宜選択して用いることができる。
【０１０５】
また、走査型のプロジェクターに本発明を適用することも可能である。走査型のプロジェクターを構成するには、例えば変調回路（変調装置）により光源装置の出力を調整して、光源装置から画像信号に応じて階調が時間変化する光を射出させるとともに、この光を走査光学系（表示光学系）により表示領域にて走査させるとよい。
また、本発明の光源装置は、プロジェクターの他にもレーザー加工装置、撮像装置の照明装置等に用いることもできる。
【符号の説明】
【０１０６】
１、２、２Ｂ、４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂ・・・光源装置、１１、２１・・・発光部、１２、２２、２２Ｂ・・・外部ミラー、１４４、２４４・・・ＭＱＷ（活性層）、１４５、２４５・・・第２ガイド層（回折光学層）、１４６、２４６・・・ｐクラッド層（回折光学層）、２５２・・・ワイヤーグリッド部（ワイヤーグリッド偏光素子）、４００・・・プロジェクター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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